铁电效应对钽酸锂固结磨盘加工的影响研究

目的 研究铁电效应对钽酸锂加工的潜在影响。方法 选用3000#的金刚石粉料制作的金刚石丸片,将其固结在设计的夹具中制成一种新型固结磨盘,并与游离磨料研磨加工结果进行比较,然后采用恒温水浴装置将冷却液温度控制在低温状态,并添加电解质溶液,以材料去除率、表面形貌及粗糙度作为指标,进一步分析铁电效应对固结磨盘加工钽酸锂的结果影响。结果 游离磨料加工10 min后,钽酸锂晶片表面粗糙度Sa从初始的419.112 nm降至232.319 nm,材料去除率MRR为36.78 μm/h,晶片表层存在磨粒嵌入、大量凹坑及深划痕等缺陷,且研磨过程中易破损。同样的加工条件下,固结磨盘研磨钽酸锂晶片的表面粗糙度Sa从419.112 nm降到97.004 nm,材料去除率MRR为57.19 μm/h,相对于游离磨料加工结果,晶片表面磨粒嵌入情况极少,划痕深度变浅、凹坑数量减小,表面更光滑。在冷却液温度为5 ℃并添加0.5%（体积分数）的电解质溶液时,使用固结磨盘研磨10 min后,表面粗糙度Sa进一步下降到37.943 nm,材料去除率为58.75 μm/h。材料表面无磨粒嵌入,无较深沟槽和凹坑,仅存在少许浅划痕。结论 相同加工条件下,固结磨料比传统游离磨料研磨后的表面粗糙度值更低,表面质量更好,去除率更高,加工效率和成品率更优。低温状态和加入电解质溶液能够有效抑制钽酸锂的内应力,防止裂纹产生及扩展,改善晶片的表面损伤,进一步提高了晶片表面质量。     

砂结比对固结磨盘加工钽酸锂的影响

目的 提升钽酸锂晶圆的加工效率和表面质量.方法 采用8000#金刚石和树脂结合剂热压制成金刚石丸片,并拼接成固结磨盘,研磨钽酸锂.针对丸片配方的砂结比展开研究,设置3组砂结比变量11:9、7:3、17:3,对应磨粒的质量分数分别为55％、70％、85％.通过单个磨粒晶胞模型计算磨粒裸露比,即单位面积内磨粒裸露数与总磨粒数的比值(Ng/N).分析不同砂结比下磨粒与结合剂的分布状态变化,以及对加工钽酸锂晶圆表面粗糙度和材料去除率的影响规律.结果 3组磨粒质量分数55％、70％、85％制作的金刚石丸片,其磨粒裸露比分别为1.79％、2.26％、2.47％,加工后对应的晶圆表面粗糙度分别为4.558、1.634、2.999 nm.磨粒质量分数为85％的丸片材料去除率最高,70％次之,55％最低.研究发现,磨具表面磨粒裸露比随磨粒质量比的增加而增加,当加工表面裸露颗粒越多时,其加工效率越高,材料去除速率越大.过低的磨粒质量比使得裸露磨粒少,晶圆表面材料去除不均匀,表面出现冗起,表面质量差;过高的磨粒质量比又使得树脂对磨粒的陷阱效应削弱,加工后晶圆表面易产生明显划痕.结论 提高金刚石固结丸片砂结比,能有效地改善丸片表面的磨粒裸露比,实现钽酸锂高表面质量和高材料去除率的晶圆加工,但过高的砂结比极易导致表面划痕的产生.     

固结磨料研磨蓝宝石晶片的工艺优化

为了满足蓝宝石晶片高效低损伤的加工要求,采用亲水性固结磨料研磨垫研磨蓝宝石晶片的工艺,研究基体中碳化硅粒度尺寸、基体类型、金刚石粒度尺寸及研磨液中磨料4个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高加工效率和优表面质量的工艺参数。实验结果表明:基体中碳化硅粒度尺寸为10 μm、基体类型为Ⅱ、研磨垫采用F公司粒度尺寸为35~45 μm的金刚石、研磨液中磨料的粒度尺寸为5 μm的碳化硅为最优工艺组合,亲水性固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为431.2 nm/min,表面粗糙度值为R_a 0.140 2 μm。      

固结磨料研磨K9玻璃的工艺优化

固结磨料研磨工艺具有高加工效率及清洁加工等突出优点。采用正交实验法,研究了转速比、研磨压力、研磨液流量等参数对固结磨料研磨K9玻璃的材料去除率和三维轮廓表面粗糙度Sa的影响。结果表明:研磨的最佳工艺参数组合为:转速比为145/150,研磨压力为0.055 MPa,研磨液流量为60mL/min。在该工艺参数组合下,材料去除速率达到3186 nm/min,Sa值达到19.6 nm。     

球形固结磨料磨头研磨TC4钛合金的工艺探索

TC4钛合金是典型的难加工材料,在传统加工中存在难切削、工件表面易烧伤等问题。采用自行设计的球形固结磨料磨头开展TC4钛合金研磨实验,探索不同粒径、磨料种类及研磨工艺参数对TC4钛合金研磨材料去除率及表面质量的影响,分析研磨的材料去除机理,优化研磨工艺。发现20～30 μm碳化硅磨粒的研磨效果最佳,优化后的工艺方案为磨头转速2000 r/min,研磨夹角30°,研磨时间10 s。在此工艺参数下研磨材料去除率为22.2 mg/min,工件表面粗糙度R_a值为0.7 μm,兼顾了对材料去除效率和表面质量的要求。      

游离和固结金刚石磨料抛光手机面板玻璃的试验研究

选取不同粒径的金刚石微粉,采用游离磨料和固结磨料两种抛光方法加工手机面板玻璃,比较其材料去除率和抛光后工件表面粗糙度。结果表明：在相同的抛光工艺参数下,磨粒粒径在游离磨料抛光中对材料去除率和抛光后表面质量作用显著,而在固结磨料抛光中作用不显著;采用金刚石固结磨料抛光垫抛光能获得表面粗糙度约为Ra1.5 nm的良好表面质量,并在抛光过程中较好地实现了自修整功能。     

振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体

为了改善氟化钙晶体加工后的表面质量、提高加工时的材料去除率,提出了振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的加工方法。利用振动与固结磨料抛光有效结合,采用正交实验研究加工工艺参数对材料去除率和表面质量的影响。结果表明:振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的最优工艺参数为转速40 r/min,振动频率40 kHz,抛光液pH值9,转速比0.95;在最优参数下抛光氟化钙晶体的材料去除率为324 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.92 nm;与无振动辅助的固结磨料抛光相比,材料去除率提高了57%,表面粗糙度降低了35%。研究表明:振动辅助能够利用空化作用及规律化间歇性接触,在固结磨料抛光中提高材料去除率及表面质量。      

氧化镍镀覆金刚石对固结磨料研磨垫加工性能影响

黏结剂把持磨粒的能力对固结磨料研磨垫的加工性能有重要影响。选择K9玻璃作为加工对象、不饱和树脂作为黏结剂,通过沉积法在金刚石表面镀覆一层氧化镍改善金刚石与树脂的结合性能,研究了镀覆后金刚石的形貌和热处理工艺,及其对固结磨料研磨垫加工性能的影响。研究表明:镀覆量达到30%,氧化镍镀覆金刚石的热处理工艺为3 h/450℃+5 h/500℃时,能够提高固结磨料研磨垫25%的材料去除速率。     

磨料尺寸对固结金刚石聚集体磨料垫研磨石英玻璃加工性能的影响

石英玻璃的研磨加工是其超光滑抛光加工的前道工序,对其加工效率和最终表面质量影响甚大。针对石英玻璃的硬脆特性,采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,对其高效低损伤研磨加工工艺进行了研究。探索了金刚石聚集体磨粒的一次颗粒尺寸、二次颗粒尺寸、研磨压力和研磨液流量4因素对研磨石英玻璃加工性能的影响,综合优化得到加工效率高和表面质量优的工艺参数。实验表明:采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,当一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为1.0~2.0 μm和20~25 μm,研磨压力为14 kPa,研磨液流量为60 mL/min时,材料去除率达到2.64 μm/min,平均表面粗糙度值R_a为54.2 nm。      

随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究

针对超精密磨削加工过程对工件材料去除效率、表面质量、亚表面损伤等指标的复合需求,提出一种基于泰勒多边形设计的随机网格结构固结磨料磨盘（textured-fixed abrasive plate, T-FAP）,并以光固化树脂作为结合剂基体材料混合微米级氧化铝磨料制备磨盘,使用MATLAB图像分析和磨抛轨迹仿真方法研究磨盘磨削过程中表面磨损时变图案特征对其加工性能的影响,并通过铝制工件的平面磨削实验对磨盘磨削过程中的材料去除率及工件表面粗糙度进行分析。实验结果表明：相比传统固结磨料磨盘,采用随机网格结构磨盘加工的工件表面粗糙度为0.84μm,材料去除率为3.21μm/min,能够在保证材料去除率的同时获得较高的表面精度。     

石英玻璃固结磨料研磨工艺参数响应面模型的研究

目的 通过优化工艺参数,充分挖掘固结磨料研磨加工的优势.方法 采用固结磨料研抛垫对石英玻璃进行研磨,以材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)为评价指标,采用3因素3水平的响应曲面法,探索工件转速、研磨压力、研磨液流速三个工艺参数对固结磨料垫加工特性的影响规律.建立三个工艺参数作用下的MRR模型和Ra模型,结合响应曲面及其等高线,获得工艺参数变量两两复合的影响规律和各目标下的最优工艺参数.最后,对最优工艺参数进行实验验证.结果 实验结果及其分析表明,以最大材料去除率为目标的最佳工艺参数为:转速90 r/min,压力20.685 kPa,研磨液流速60 mL/min.以最小表面粗糙度为目标的最佳工艺参数为:转速100 r/min,压力20.685 kPa,研磨液流速80 mL/min.最优工艺的加工性能预测值为34.5 nm/min和38.5 nm,验证实验结果为37.6 nm/min和39.4 nm,二者的误差值在合理范围内.结论 研抛工艺参数的响应面模型具有良好的预测能力,预测误差很小,最优工艺参数下,工件表面平整光滑,没有明显的凹坑和粗大划痕.     

偏置量对固结磨料小工具头抛光面形收敛效率的影响

目的 解决自由曲面磨抛面形收敛困难的问题,提高抛光小工具头的抛光效率.方法 提出一种偏置式固结磨料小工具头,基于固结磨料小工具头的结构特征参数,建立抛光小工具头的去除函数理论模型,并进行仿真分析,应用定点抛光法建立抛光小工具头去除函数实验模型,并验证抛光小工具头理论去除函数合理性,基于CCOS技术原理建立工件表面定量去除模型,通过虚拟加工实验探索偏置量对固结磨料小工具头抛光钛合金后的面形收敛效率的影响.结果 归一化理论去除函数曲线与实验曲线吻合度较高,定点抛光去除函数仿真模型能够很好地预测定点抛光斑的去除轮廓形状.抛光小工具头抛光钛合金的面形误差随偏置量增加,呈现先减小、后增大的趋势,无偏置的抛光小工具头抛光后,面形数据均方根(RMS)收敛效率为54.56％,波峰值与谷峰值之差(PV)的收敛效率为60.21％,当抛光小工具头偏置量为1.5 mm时,抛光后的RMS收敛效率达到最高,为73.83％,PV收敛效率为69.68％.结论 固结磨料小工具头去除函数理论模型可指导确定性材料去除,偏置量为1.5 mm时的抛光小工具头具有最强的修正误差能力,可以显著提高固结磨料小工具头抛光工艺的面形收敛效率.     

基于磁控磨料定向的SiC固相芬顿反应研抛盘制备及性能研究

目的 提出结合磁控磨料定向和固相芬顿反应的研抛方法,研制新型研抛盘,提高单晶SiC精密加工效率及表面质量.方法 通过磁场控制磁性粒子形成的链串结构,促使磨料定向分布,制备研抛盘.利用研抛盘中的磁性粒子与过氧化氢发生的固相芬顿反应生成羟基自由基(·OH),进而氧化单晶SiC,在其表面生成结合力小、硬度低的SiO2氧化层.通过定向分布的磨料运动,去除氧化层,实现高效率、高表面质量的研抛加工.同时,研究磁场强度、磨料定向、固相芬顿反应及其协同作用对单晶SiC研抛性能的影响.结果 选用在磁场强度为100 mT条件下制备的研抛盘研抛60 min后,SiC C面的粗糙度Ra由100 nm降为1.19 nm,材料去除率达到33.71 nm/min.单纯磨料定向作用使单晶SiC C面和Si面的材料去除率分别提高了60.23％和111.19％,单纯固相芬顿反应作用则分别提高了78.5％和100.09％,两者的协同作用使材料去除率分别提高了100％和144.55％,表面粗糙度Ra分别下降了345.83％和118.78％.结论 新型研抛盘综合运用了固相芬顿反应的化学作用和磨料定向的机械去除作用,能大幅度提高材料去除率,获得较好的研抛质量,有望在单晶SiC的精研和抛光阶段得到较好的应用.     

多通管接头磨粒流光整均匀性研究

目的 提升航空油路中多通管接头内壁磨粒流光整加工效果.方法 以三通、四通金属管接头为研究对象,针对零件的材料特性、结构特性设计相关实验,研究多通管接头管道内表面磨粒流光整工艺中加工时间及加工流道对管道内壁粗糙度、材料去除量、表面质量一致性的影响.结果 加工开始时管道表面糙度Ra下降缓慢,在60 s后粗糙度开始加速下降,...     

固定挤压垫位置偏差对型材表面质量影响的试验研究

以两种铝型材固定挤压垫为研究对象,分析了固定挤压垫与挤压筒位置偏差对铝合金型材表面质量影响的原因.通过生产试验定量掌握了位置偏差值对挤压型材表面质量的影响程度.综合考虑型材的表面质量和生产成本间的平衡,提出了相应条件下的固定挤压垫与挤压筒合理位置偏差的控制范围.     

玻璃材料高速抛光用固着磨料磨具试验研究

目的实现玻璃材料的高效高质量低成本抛光。方法选择不同添加剂作为辅料制作固着磨料抛光磨具,阐明制作工艺流程、添加剂辅料配方及比例、固着磨料磨具对材料硬度、剪切强度等性能的影响。以工件材料去除率、表面质量以及磨耗比等作为评价指标分析不同添加剂辅料对加工效果的影响,并通过等效系数优化方法确定添加剂辅料的最优配方。结果碳化硅与钼酸铵可增加磨具的硬度和剪切强度,磨具中加入适量氧化铝可有效提高工件表面质量。结论固着磨料抛光磨具的添加剂辅料最优配方为:10.6%(质量分数)4000#Al2O3和2%(质量分数)10000#SiC。     

微晶玻璃固结磨料研磨加工亚表面损伤预测研究

目的 快速、准确预测微晶玻璃在研磨加工过程中的亚表面损伤状况,制定合理的加工工艺。方法 通过建立微晶玻璃的离散元模型,仿真分析了研磨压力等研磨工艺参数对工件亚表面损伤的影响规律,并采用角度抛光法对研磨后微晶玻璃的亚表面损伤状况进行了实验验证。结果 采用W14金刚石固结磨料垫研磨微晶玻璃,当研磨压力为10 kPa时,工件亚表面裂纹层深度为1.75μm,当研磨压力降低至3.5 kPa时,工件亚表面裂纹层深度为1.38μm;随着研磨压力的降低,亚表面微裂纹数量减少。研磨残余应力层分布深度大于微裂纹层的,且在微裂纹的尖端存在较大的残余拉应力。结论 角度抛光法得到的亚表面裂纹层深度与仿真结果一致,偏差范围为-10.87%～11.29%,残余应力仿真结果与试验结果的偏差为7.89%。离散元仿真能够比较准确地预测固结磨料研磨微晶玻璃的亚表面损伤状况,为其研磨抛光工艺参数的制定提供了理论参考依据。     

18CrNiMo7-6钢研抛工艺试验研究

探究研抛工艺参数对工件材料去除率和表面粗糙度的影响。以砂纸和金刚石喷雾抛光剂为研抛介质,通过正交试验研究砂纸细度、研抛压力、研抛速度、研抛时间对18CrNiMo7-6工件材料去除率和表面粗糙度的影响。采用三维形貌仪、千分尺、电子天平和超景深显微镜对18CrNiMo7-6工件的表面粗糙度、厚度、质量和表面形貌进行测量分析,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,得到最佳的研抛工艺参数组合。在最佳工艺参数组合下,砂纸研磨工件的材料去除率为0.86μm/min,表面粗糙度为Ra0.048μm,金刚石抛光剂抛光后工件表面粗糙度为Ra0.024μm。砂纸研磨最佳工艺参数为:砂纸细度800#,研磨压力0.2MPa,研磨速度30rpm,研磨时间30min。抛光最佳工艺参数为:抛光压力0.2MPa,抛光速度30rpm,抛光时间15min。